环氧／玻纤复合材料弯曲损伤过程的声发射研究

采用声发射技术研究环氧树脂／玻璃纤维复合材料的弯曲损伤过程，并讨论了声发射特性及其与玻璃纤维含量的关系。     

风电叶片复合材料压缩损伤破坏声发射监测

研究了风电叶片单向复合材料的压缩力学特性及其声发射响应特征.结果表明,复合材料的横向和纵向压缩力学性能及其声发射响应特性明显不同,纵向压缩强度、模量高,失效应变小,对应的声发射相对能量、幅度高,但撞击累积总数少.复合材料具有脆性破坏的特点,横向压缩以45°剪切失效为主,纵向压缩以层间劈裂为主.风电叶片复合材料压缩损伤破...     

风电叶片复合材料层间剪切破坏声发射监测

采用声发射技术对含分层缺陷风电叶片多轴向复合材料的层间剪切破坏实验进行实时监测,研究分层缺陷对复合材料层间力学性能的影响规律及其损伤破坏过程的声发射响应特征.结果表明,具有不同分层面积的两类复合材料试样破坏载荷相近,当分层缺陷位于剪切面中间位置时,分层缺陷大小对界面承载能力影响不大,损伤演化主要集中在剪切面上偏离中心两...     

碳纤维复合材料弯曲损伤的声发射试验研究

采用声发射技术研究了碳纤维复合材料的弯曲损伤与破坏行为。实验结果表明,碳纤维铺层在损伤与断裂不同阶段所释放的声发射信号特征不同,声学检测能有效的监测其剪切分层,混合分层,张力分层过程,声发射检测能有效判断碳纤维复合材料内部活动过程,判定损伤类型,在碳纤维复合材料结构与完整性评价中有良好的应用价值。     

基于声发射的三点弯曲混凝土梁损伤演化表征

基于声发射多角度分析了三点弯曲作用下混凝土梁损伤演化特征.通过声发射事件计数、振铃计数、能率和幅频极值等多参数分析,定性研究了混凝土梁三点弯曲作用下损伤累积过程;提出基于声发射幅频极值的损伤量,对损伤过程进行了定量分析;结合声发射事件定位点和损伤量,对混凝土梁受载过程中损伤累积过程进行了量化表征.结果 表明,损伤主要发生在塑性阶段,在受拉区产生、聚集,快速向受压区发展,形成损伤带,导致试件脆性断裂.研究为混凝土梁灾变破坏预警和工程设计提供基础性的参考.     

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。     

基于小波分析的复合材料层间损伤声发射行为

通过实时监测含分层复合材料加载破坏下缺陷演化的声发射信号,应用VBScript将波形数据串联成数据流进行分析,获取复合材料层间破坏的声发射响应特征。结果表明,复合材料Ⅰ型层间开裂过程中伴随有纤维损伤,而Ⅱ型只有基体开裂,从而导致Ⅰ型、Ⅱ型分层扩展过程中的声发射能量有很大差异;频谱分布图中,Ⅰ型破坏过程出现了两个波峰,两峰所对应的频率值即为树脂和纤维受载破坏的主要频率,Ⅱ型只有一个峰值。可以利用该结论为风电叶片复合材料分层破坏形式的识别提供借鉴。     

基于原位声发射信号的热障涂层三点弯曲失效模式的机器学习

由于热障涂层体系结构的复杂和服役环境的恶劣,极易导致涂层发生界面分层、宏观断裂和剥落失效。首先利用声发射技术实时监测了热障涂层在三点弯曲载荷下的失效过程,结合微观形貌特征、声发射参数分析、K-means聚类分析识别了热障涂层损伤失效模式。然后利用Fourier变换、小波包变换等分析了4种失效模式的波形特征,其中宏观断裂或剥落失效信号无明显频带,而基底变形、表面垂直裂纹、剪切型界面裂纹、张开型界面裂纹对应的频率分布范围分别在62.5～125.0 kHz、187.5～250.0 kHz、250.0～312.5 kHz、375.0～437.5 kHz。采用机器学习的方法对原位声发射信号进行了深度处理,提取小波能量系数作为机器学习反向传播神经网络的特征向量,结合收敛曲线、混淆矩阵、受试者工作特征曲线、F1值评价了该模型优劣性,实现了对于热障涂层失效模式的判别,为热障涂层失效预测和寿命评估提供参考价值。     

四点弯曲载荷作用下复合材料分层演化行为探索

为探索玻璃纤维增强复合材料在四点弯曲载荷作用下分层演变行为及分层缺陷对复合材料承受负荷能力和服役期限的影响,经过设置相异位置的人为分层缺陷,在万能试验机上对试样实施四点弯曲试验,由声发射记录全过程,并通过试样的撞击累积-时间-幅度历程图、载荷-时间-相对能量历程图、声发射撞击信号定位图等判断复合材料分层损伤的破坏程度。结果表明,接近试件表面的分层缺陷加快了材料破坏扩展进程,分层缺陷所在的位置很大程度地改变了复合材料的弯曲性能,分层缺陷越靠近试件表面,对试件损害力度越大,试件服役能力越差。     

NRF905无线收发模块在风电叶片声发射检测中的应用

针对有线设备检测旋转叶片时的缠线问题,提出运用无线技术对旋转叶片进行状态监测。设计一种基于叶片声发射信号的无线检测系统。采用模块化的设计思想,声发射传感器选用北京声华SR150M检测叶片声发射信号,控制单元选用STC系列12C5A60S2单片机实现数据存储和控制收发,无线收发模块选用NRF905芯片,上位机使用VB设计,实现数据接收处理。测试结果表明,该系统数据检测和传输处理可靠,能够实现叶片的状态监测;且软件具有可移植性,可为旋转物件状态监测提供方法。     

夹层复合材料三点弯曲试验和有限元模拟分析对比

采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备了泡沫夹层复合材料,并测试了泡沫夹层复合材料在不同作用载荷下的位移;同时,采用有限元软件ANSYS Workbench在上述加载条件下对该材料进行数值仿真,并和实验结果进行对比分析.研究结果表明,在100~600 N载荷作用下,数值仿真结果和实验结果误差在10%以内,数据吻合良好,验证了该方法具有潜在的工程应用价值.     

玻纤增强玻璃复合材料抗弯和抗热震性能研究

采用三明治结构法将玻纤与硼硅酸盐玻璃基体复合成为玻纤增强玻璃复合材料,并对其抗弯性能以及抗热震性能进行了测试和分析。结果表明:在纤维体积分数为50%时,复合材料的抗弯强度较高,韧性更好;玻纤增强玻璃复合材料的抗热震性能相较于玻璃有显著地提高。     

风力发电机叶片复合材料性能研究

采用真空袋压成型工艺,以环氧树脂为基体,玻璃纤维为增强材料,制备风机叶片用玻璃纤维增强复合材料,用巴氏硬度计和万能试验机测试其力学性能。结果表明,其巴氏硬度平均值为59.95 HBa,压缩弹性模量平均值为28.15 GPa,压缩强度平均值为337.85 MPa,其压缩强度是拉伸强度的60%,说明其抗拉不抗压;较厚试样的平均弯曲强度和平均弯曲弹性模量相对较低。     

力学实验的声发射损伤监控和材料损伤演变

针对无机材料和复合材料的受力或变形过程中发生损伤的时间和对应载荷无法确定的难题,提出将声发射与万能材料试验机有机结合,形成一种能准确监控加载过程中损伤起始和演变的实验技术和装置.这种方法在夹层玻璃的弯曲实验和球压法测试脆性材料局部强度实验中取得了良好的效果,准确得到了发生损伤的临界载荷和反映损伤过程的载荷-声发射图.该技术对检测和预测材料的疲劳性能和失效有重要意义.     

纤维水泥基材料中纤维分布均匀程度与弯曲性能关系的研究

对配合比和加工制作过程完全相同聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料,通过采用一种对试件断面抛光,涂荧光粉的显微成像法对PVA纤维在水泥基材料中的分布状况进行量化测定;通过3点弯曲试验并结合测定结果研究了纤维分布对材料弯曲性能的影响.纤维测定结果表明:荧光显微成像法在划分网格适当的条件下可以准确的量化测定PVA纤维的分布,3点弯曲试验和纤维分布测定结果表明:纤维分布对材料的开裂强度没有影响,但是却决定了开裂强度到弯曲强度的提高幅度和弯曲韧度.纤维分布越均匀,提高幅度和弯曲韧度越大,同时材料的弯曲强度及相应的挠度也越大.     

碳纤维编织复合材料拉伸变形测量及声发射监测

采用声发射和数字图像相关互补技术,结合破坏断口微结构特征,研究碳纤维编织复合材料的损伤变形与失效机理。在复合材料试件拉伸加载的同时,实时获取变形特征和损伤声发射信号,分析复合材料力学响应与位移场、声发射特征的关系。结果表明,复合材料试件实时拉伸位移场、损伤破坏过程的声发射相对能量、撞击累积数及幅度等特征参数反映了复合材料表面变形与内部损伤演化过程。复合材料试件断裂时出现较多高持续时间、高幅度、高相对能量的声发射信号,宏观断口平齐,表现为脆性断裂。     

三点弯曲下混凝土断裂性能参数试验研究

采用三点弯曲试验对混凝土断裂性能参数进行研究,测试了一系列尺寸相同、强度不同的预制切口梁.通过采用等效裂缝模型和双参数模型确定混凝土的断裂韧度,结果表明:采用等效裂缝模型和双参数模型计算的混凝土断裂参数基本相同;随着抗压强度的增加,断裂韧度呈上升趋势,通过曲线拟合,提出根据抗压强度确定断裂韧度的经验公式.通过对试验荷载-挠度曲线进行三种不同的处理,包括国际材料和结构实验室联合会(RILEM)建议、对曲线尾部进行延伸以及采用实际的曲线,得到基于虚拟裂缝模型的断裂能.结果表明,RILEM建议得到的断裂能偏大,当曲线下降段的最低荷载与峰值荷载比值Pmin/Pc≤0.04时,采用实际荷载-挠度曲线得到的断裂能与尾部延伸后曲线得到的断裂能误差小于5％,可为实际断裂试验的实施提供参考.     

玻璃纤维增强PPBES基复合材料性能

以共聚型二氮杂萘联苯结构聚醚砜(PPBES)树脂为基体,连续玻璃纤维(GF)为增强体,通过溶液预浸,热压成型工艺制备单向复合材料。通过对树脂溶液黏度、复合材料纤维体积含量测试,并对复合材料样条进行三点弯曲、层间剪切试验,研究了纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,借助断面形貌分析了复合材料受力破坏模式。结果表明,PPBES/GF复合材料的弯曲强度随纤维体积含量的增加呈现先增大后减小的趋势,极值出现在纤维体积含量为57%时,弯曲弹性模量和层间剪切强度随纤维体积含量的增加呈现逐渐增大的趋势,复合材料的受力破坏模式为界面脱粘破坏和树脂基体内部破坏同时存在。     

声发射技术在复合材料中的应用及研究进展

本文介绍了声发射的发展史和当前国内外声发射技术在复合材料方面的应用及发展现状，最后介绍了声发射技术应用于检测复合材料飞轮的损伤与断裂的研究情况。